CN105352852A - 流体剪切力发生器 - Google Patents

流体剪切力发生器 Download PDF

Info

Publication number
CN105352852A
CN105352852A CN201510897004.9A CN201510897004A CN105352852A CN 105352852 A CN105352852 A CN 105352852A CN 201510897004 A CN201510897004 A CN 201510897004A CN 105352852 A CN105352852 A CN 105352852A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fluid
forcer
fixing bucket
rotary barrel
fluid shearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510897004.9A
Other languages
English (en)
Inventor
任强
蒋文涛
黄学进
陈宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN201510897004.9A priority Critical patent/CN105352852A/zh
Publication of CN105352852A publication Critical patent/CN105352852A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/14—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by using rotary bodies, e.g. vane

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

本发明涉及流体实验设备领域，公开了一种流体剪切力发生器。所述流体剪切力发生器，包括支撑架、固定桶、旋转桶、旋转轴和立式旋转驱动部件；所述固定桶位于所述支撑架的上部，所述立式旋转驱动部件位于所述支撑架的下部，所述旋转桶位于所述固定桶的内部且与所述固定桶同轴，所述旋转轴的上端穿过处于所述固定桶底部中心的圆孔并轴连接所述旋转桶的底部，所述旋转轴的下端轴连接所述立式旋转驱动部件。所述流体剪切力发生器构成一同轴圆筒式结构，不但能够产生流体剪切力呈线性变化的流体，并精确获取各处流体剪切力的大小，还具有结构简单、成本低、产生流体剪切力稳定、容积大和易调节的优点，进而能够广泛被应用于各类流体的剪切力实验。

Description

流体剪切力发生器
技术领域
本发明涉及流体实验设备领域，具体地，涉及一种流体剪切力发生器。
背景技术
由于流体剪切力是流体的重要性质之一，因此其与血管疾病研究、聚合物熔体研究和水体净化研究等科研项目有着极为重要联系。现阶段研究流体剪切力的仪器设备主要为流变仪(包括椎板流变仪、平板流变仪、毛细管流变仪等)和流动槽-剪切力测压管等，前者产生的流体剪切力大小具有稳定均匀、易调节及数据测量精度高的优点，但是也存在价格高、容积小等局限性，限制了其应用空间；而后者虽然具有制作简单和成本低的优点，但是产生的流体剪切力大小却具有流动不均匀、调节缓慢且不准确和数据测量有限(其中的剪切力测压管只能测定流体中某一面的流体剪切力)的缺点，对真实情况的仿真度有限。
针对上述现有研究流体剪切力的仪器设备的局限性，有必要提供一种新型的、用于研究流体剪切力的仪器设备，不但能够产生流体剪切力呈线性变化的流体，并精确获取各处流体剪切力的大小，还可使其具有结构简单、成本低、产生流体剪切力稳定、容积大和易调节的优点，进而能够广泛被应用于各类流体的剪切力实验。
发明内容
针对前述现有仪器设备的局限性，本发明提供了一种流体剪切力发生器，其不但能够产生流体剪切力呈线性变化的流体，并精确获取各处流体剪切力的大小，还具有结构简单、成本低、产生流体剪切力稳定、容积大和易调节的优点，进而能够广泛被应用于各类流体的剪切力实验。
本发明采用的技术方案,提供了一种流体剪切力发生器，包括支撑架、固定桶、旋转桶、旋转轴和立式旋转驱动部件；所述固定桶位于所述支撑架的上部，所述立式旋转驱动部件位于所述支撑架的下部，所述旋转桶位于所述固定桶的内部且与所述固定桶同轴，所述旋转轴的上端穿过处于所述固定桶底部中心的圆孔并轴连接所述旋转桶的底部，所述旋转轴的下端轴连接所述立式旋转驱动部件。所述流体剪切力发生器构成同轴圆筒式结构，其中，由所述固定桶和所述旋转桶围成的间隙空间即为实验仓，用于容纳各种实验液体；所述立式旋转驱动部件用于通过所述旋转轴驱动所述旋转桶在所述固定桶中实现同轴心线旋转，进而带动所述实验仓中的实验液体，并产生具有一定流速的流体，同时可根据实验液体的粘度系数、旋转角速度、固定桶的内径和所述旋转桶的外径精确获取各处流体剪切力的大小。由于流体剪切力的大小与所述旋转轴的转速的呈线性关系，因此通过所述流体剪切力发生器，能够产生流体剪切力呈线性变化的流体，并精确获取各处流体剪切力的大小。同时还具有结构简单和成本低的优点，进而能够广泛被应用于各类流体的剪切力实验。
具体的，由所述固定桶和所述旋转桶围成的实验仓的径宽比λ不小于25：1；所述径宽比式中，R1为所述固定桶(2)的内径，R2为所述旋转桶(3)的外径。由于实验仓的所述径宽比设计为足够大，可使处于所述实验仓中流体的流体剪切力，在同一转速下且从所述旋转桶外侧面到所述固定桶内壁面方向的变化率不高于4％，从而可使产生的流体剪切力保持良好的稳定，进而更好地模拟自然状态下的流体剪切。进一步具体的，所述旋转桶的外径R2不小于250mm。通过对所述旋转桶外径大小的设置，可使所述实验仓具有足够大的容积，进而容纳足够体积的实验液体进行研究。详细的，所述旋转桶的外径R2为280mm，且所述径宽比λ为28：1。
具体的，所述立式旋转驱动部件包括电动机和电动机变频控制器；所述电动机立式放置并轴连接所述旋转轴的下端，同时电性连接所述电动机变频控制器。所述电动机变频控制器用于实现对电动机旋转频率的人工控制，进而通过控制所述旋转轴的转速，快速且精确地调节流体剪切力的大小。进一步具体的，所述电动机通过减速器和/或联轴器轴连接所述旋转轴的下端。
具体的，所述旋转轴的上端与所述固定桶之间使用TC型密封圈实现旋转密封。
具体的，所述支撑架由顶板、底板和若干根支撑杆构成；所述固定桶固定在所述顶板的中心区域，所述立式旋转驱动部件固定在所述底板的上表面上。进一步具体，所述顶板、所述底板和所述支撑杆均由钢材质制成。
具体的，所述固定桶和/或所述旋转桶由亚克力材质制成。
综上，采用本发明所提供的流体剪切力发生器，具有如下有益效果：(1)能够产生流体剪切力呈线性变化的流体，并精确获取各处流体剪切力的大小；(2)具有结构简单、成本低、产生流体剪切力稳定、容积大和易调节的优点，进而能够广泛被应用于各类流体的剪切力实验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的流体剪切力发生器的结构示意图。
图2是本发明提供的流体剪切力发生器的结构剖视图。
上述附图中：1、支撑架101、顶板102、底板103、支撑杆2、固定桶3、旋转桶4、旋转轴5、立式旋转驱动部件501、电动机502、电动机变频控制器503、减速器504、联轴器。
具体实施方式
以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的流体剪切力发生器。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本文中描述的各种技术可以用于但不限于流体实验设备领域，还可以用于其它类似领域。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例一
图1示出了本发明提供的流体剪切力发生器的结构示意图，图2示出了本发明提供的流体剪切力发生器的结构剖视图。本实施例提供的所述流体剪切力发生器，包括支撑架1、固定桶2、旋转桶3、旋转轴4和立式旋转驱动部件5；所述固定桶2位于所述支撑架1的上部，所述立式旋转驱动部件5位于所述支撑架1的下部，所述旋转桶3位于所述固定桶2的内部且与所述固定桶2同轴，所述旋转轴4的上端穿过处于所述固定桶2底部中心的圆孔并轴连接所述旋转桶3的底部，所述旋转轴4的下端轴连接所述立式旋转驱动部件5。
如图1和图2所示，所述流体剪切力发生器构成一同轴圆筒式结构，其中，由所述固定桶2和所述旋转桶3围成的间隙空间即为实验仓，用于容纳各种实验液体，例如水、血液或细胞悬浮液等；所述立式旋转驱动部件5用于通过所述旋转轴4驱动所述旋转桶3在所述固定桶2中实现同轴心线旋转，进而带动所述实验仓中的实验液体，并产生具有一定流速的流体，同时可根据实验液体的粘度系数、旋转角转速、固定桶2的内径和所述旋转桶3的外径精确获取各处流体剪切力的大小。
所述实验仓中流体的流体剪切力大小τ可以但不限于通过如下公式获取：
τ = μ ω R 2 2 ( R 1 2 + r 2 ) r 2 ( R 1 2 - R 2 2 )
式中，μ为实验液体的粘度系数，ω为旋转角速度，R1为所述固定桶2的内径，R2为所述旋转桶3的外径，r为测点半径(即测点到轴心线的最短距离)。由于在所述流体剪切力发生器中，所述固定桶2的内径和所述旋转桶3的外径均为确定值，而实验液体的粘度系数也为确定值(例如20℃时水的粘度系数μ＝1.0050×10-3Pa·s)，由此可知流体剪切力的大小与所述旋转轴3的转速(即角速度ω)的呈线性关系，因此通过所述流体剪切力发生器，能够产生流体剪切力呈线性变化的流体，并精确获取各处流体剪切力的大小。同时还具有结构简单和成本低的优点，进而能够广泛被应用于各类流体的剪切力实验。
具体的，由由所述固定桶2和所述旋转桶3围成的实验仓的径宽比λ不小于25：1；所述径宽比式中，R1为所述固定桶2的内径，R2为所述旋转桶3的外径。由于实验仓的所述径宽比设计为足够大，可使处于所述实验仓中流体的流体剪切力，在同一转速下且从所述旋转桶外侧面到所述固定桶内壁面方向的变化率不高于4％(可根据流体剪切力大小τ的计算公式推导而得)，从而可使产生的流体剪切力保持良好的稳定，进而更好地模拟自然状态下的流体剪切。进一步具体的，所述旋转桶3的外径R2不小于250mm。通过对所述旋转桶3外径大小的设置，可使所述实验仓具有足够大的容积，进而容纳足够体积的实验液体进行研究。详细的，作为举例的，在本实施例中，所述旋转桶的外径R2为280mm，且所述径宽比λ为28：1。即所述固定桶2的内径R1为290mm，所述实验仓存在5mm的间隙宽度，可使处于所述实验仓中流体的流体剪切力，在同一转速下且从所述旋转桶外侧面到所述固定桶内壁面方向的变化率不高于3.5％，在既保证仪器较小体积的同时又能使产生的流体剪切力保持良好的稳定。
具具体的，所述立式旋转驱动部件5包括电动机501和电动机变频控制器502；所述电动机501立式放置并轴连接所述旋转轴4的下端，同时电性连接所述电动机变频控制器502。如图2所示，所述电动机变频控制器502用于实现对电动机501旋转频率的人工控制(即调节电动机的电流频率，例如8.3/16.7/25/33.3Hz等)，进而通过控制所述旋转轴4的转速，快速且精确地调节流体剪切力的大小。进一步具体的，所述电动机501通过减速器503和/或联轴器504轴连接所述旋转轴4的下端。如图2所示，所述电动机501通过所述减速器503和所述联轴器504轴连接所述旋转轴4的下端，在所述电动机501转速过快的情况下，还可以通过所述减速器503降低同轴心线的旋转角速度，例如，通过齿比1:5的减速器，将电动机为1300rpm角速度降低至260rpm，实现在0-260rmp之间的无极调速。
具体的，所述旋转轴4的上端与所述固定桶2之间使用TC型密封圈实现旋转密封。
具体的，所述支撑架1由顶板101、底板102和若干根支撑杆103构成；所述固定桶2固定在所述顶板101的中心区域，所述立式旋转驱动部件5固定在所述底板102的上表面上。如图1所示，进一步具体的，所述顶板101、所述底板102和所述支撑杆103均由钢材质制成。
具体的，所述固定桶2和/或所述旋转桶3由亚克力材质制成。作为距离的，在本实施例中，所述固定桶2和所述旋转桶3均由亚克力材质制成，可利用亚历克材质较好的透明性、化学稳定性和耐候性，可提升流体的观察效果和所述流体剪切力发生器的使用寿命。
综上，本实施例所提供的流体剪切力发生器，具有如下技术效果：1)能够产生流体剪切力呈线性变化的流体，并精确获取各处流体剪切力的大小；(2)具有结构简单、成本低、产生流体剪切力稳定、容积大和易调节的优点，进而能够广泛被应用于各类流体的剪切力实验。
如上所述，可较好的实现本发明。对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的流体剪切力发生器并不需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种流体剪切力发生器，其特征在于，包括支撑架(1)、固定桶(2)、旋转桶(3)、旋转轴(4)和立式旋转驱动部件(5)；
所述固定桶(2)位于所述支撑架(1)的上部，所述立式旋转驱动部件(5)位于所述支撑架(1)的下部，所述旋转桶(3)位于所述固定桶(2)的内部且与所述固定桶(2)同轴，所述旋转轴(4)的上端穿过处于所述固定桶(2)底部中心的圆孔并轴连接所述旋转桶(3)的底部，所述旋转轴(4)的下端轴连接所述立式旋转驱动部件(5)。
2.如权利要求1所述的流体剪切力发生器，其特征在于，由所述固定桶(2)和所述旋转桶(3)围成的实验仓的径宽比λ不小于25：1；
所述径宽比式中，R1为所述固定桶(2)的内径，R2为所述旋转桶(3)的外径。
3.如权利要求2所述的流体剪切力发生器，其特征在于，所述旋转桶(3)的外径R2不小于250mm。
4.如权利要求1至3任意一项所述的流体剪切力发生器，其特征在于，所述旋转桶(3)的外径R2为280mm，且所述径宽比λ为28：1。
5.如权利要求1所述的流体剪切力发生器，其特征在于，所述立式旋转驱动部件(5)包括电动机(501)和电动机变频控制器(502)；
所述电动机(501)立式放置并轴连接所述旋转轴(4)的下端，同时电性连接所述电动机变频控制器(502)。
6.如权利要求5所述的流体剪切力发生器，其特征在于，所述电动机(501)通过减速器(503)和/或联轴器(504)轴连接所述旋转轴(4)的下端。
7.如权利要求1所述的流体剪切力发生器，其特征在于，所述旋转轴(4)的上端与所述固定桶(2)之间使用TC型密封圈实现旋转密封。
8.如权利要求1所述的流体剪切力发生器，其特征在于，所述支撑架(1)由顶板(101)、底板(102)和若干根支撑杆(103)构成；
所述固定桶(2)固定在所述顶板(101)的中心区域，所述立式旋转驱动部件(5)固定在所述底板(102)的上表面上。
9.如权利要求8所述的流体剪切力发生器，其特征在于，所述顶板(101)、所述底板(102)和所述支撑杆(103)均由钢材质制成。
10.如权利要求1所述的流体剪切力发生器，其特征在于，所述固定桶(2)和/或所述旋转桶(3)由亚克力材质制成。
CN201510897004.9A 2015-12-07 2015-12-07 流体剪切力发生器 Pending CN105352852A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510897004.9A CN105352852A (zh) 2015-12-07 2015-12-07 流体剪切力发生器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510897004.9A CN105352852A (zh) 2015-12-07 2015-12-07 流体剪切力发生器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105352852A true CN105352852A (zh) 2016-02-24

Family

ID=55328858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510897004.9A Pending CN105352852A (zh) 2015-12-07 2015-12-07 流体剪切力发生器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105352852A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110057538A (zh) * 2019-04-18 2019-07-26 哈尔滨工程大学 一种剪切力可调的剪切流生成装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62235542A (ja) * 1986-04-07 1987-10-15 Toyobo Co Ltd 回転式粘度計
CN87207349U (zh) * 1987-07-31 1988-03-09 上海建筑材料工业学院 内叶片旋转外筒测定两参数流变仪
CN1147088A (zh) * 1996-07-30 1997-04-09 李钢 旋转剪切速率降速式粘度测量法及其装置
CN1558205A (zh) * 2004-02-05 2004-12-29 哈尔滨工业大学 无电源流变仪
CN1667394A (zh) * 2004-03-11 2005-09-14 北京中矿机电工程技术研究所 加压旋转流变仪
CN1800802A (zh) * 2006-01-11 2006-07-12 浙江大学 一种可调压力的外筒旋转可视同心圆筒流变仪
CN1811855A (zh) * 2006-03-02 2006-08-02 西安交通大学 一种实现泰勒－库埃特流场模拟的装置
US7594429B2 (en) * 2005-11-23 2009-09-29 Waters Investments Limited System and method for improved optical measurements during rheometric measurements
CN201517988U (zh) * 2009-06-09 2010-06-30 赵海涛 一种磁流变液流变特性的测试系统
CN205246483U (zh) * 2015-12-07 2016-05-18 四川大学 流体剪切力发生器

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62235542A (ja) * 1986-04-07 1987-10-15 Toyobo Co Ltd 回転式粘度計
CN87207349U (zh) * 1987-07-31 1988-03-09 上海建筑材料工业学院 内叶片旋转外筒测定两参数流变仪
CN1147088A (zh) * 1996-07-30 1997-04-09 李钢 旋转剪切速率降速式粘度测量法及其装置
CN1558205A (zh) * 2004-02-05 2004-12-29 哈尔滨工业大学 无电源流变仪
CN1667394A (zh) * 2004-03-11 2005-09-14 北京中矿机电工程技术研究所 加压旋转流变仪
US7594429B2 (en) * 2005-11-23 2009-09-29 Waters Investments Limited System and method for improved optical measurements during rheometric measurements
CN1800802A (zh) * 2006-01-11 2006-07-12 浙江大学 一种可调压力的外筒旋转可视同心圆筒流变仪
CN1811855A (zh) * 2006-03-02 2006-08-02 西安交通大学 一种实现泰勒－库埃特流场模拟的装置
CN201517988U (zh) * 2009-06-09 2010-06-30 赵海涛 一种磁流变液流变特性的测试系统
CN205246483U (zh) * 2015-12-07 2016-05-18 四川大学 流体剪切力发生器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110057538A (zh) * 2019-04-18 2019-07-26 哈尔滨工程大学 一种剪切力可调的剪切流生成装置
CN110057538B (zh) * 2019-04-18 2021-05-28 哈尔滨工程大学 一种剪切力可调的剪切流生成装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Amplified electrokinetic response by concentration polarization near nanofluidic channel
Lin et al. Microfluidic T-form mixer utilizing switching electroosmotic flow
Qian et al. A chaotic electroosmotic stirrer
US5964997A (en) Balanced asymmetric electronic pulse patterns for operating electrode-based pumps
Venancio-Marques et al. Microfluidic mixing triggered by an external LED illumination
US7708873B2 (en) Induced-charge electro-osmotic microfluidic devices
US8363172B2 (en) Liquid crystal motor making use of flow of liquid crystal
Pei et al. Parallel electrophoretic analysis of segmented samples on chip for high-throughput determination of enzyme activities
Cooper et al. Real-time direction control of self fabricating polyoxometalate-based microtubes
Tang et al. High-throughput, off-chip microdroplet generator enabled by a spinning conical frustum
Suematsu et al. Spontaneous mode switching of Self-Propelled droplet motion induced by a clock reaction in the Belousov–Zhabotinsky medium
Kos et al. Field generated nematic microflows via backflow mechanism
CN105352852A (zh) 流体剪切力发生器
Liu et al. Piezoelectric driven self-circulation micromixer with high frequency vibration
García-Sánchez et al. Flow reversal in traveling-wave electrokinetics: An analysis of forces due to ionic concentration gradients
Verma et al. Three-dimensional multihelical microfluidic mixers for rapid mixing of liquids
Wang et al. Flow-focusing generation of monodisperse water droplets wrapped by ionic liquid on microfluidic chips: From plug to sphere
Mohammad Jafarpour et al. Experimental study on the performance of a mini-scale Y-type mixer with two liquid metal-enabled pumps
CN205246483U (zh) 流体剪切力发生器
Brabcova et al. Near axisymmetric partial wetting using interface-localized liquid dielectrophoresis
Zhang et al. Flexible microswimmer manipulation in multiple microfluidic systems utilizing thermal buoyancy-capillary convection
US9221023B2 (en) Liquid mixing apparatus
Kim et al. Precise Placement of Microbubble Templates at Single Entity Resolution
Akpa et al. Study of miscible and immiscible flows in a microchannel using magnetic resonance imaging
Hu et al. Geometry-Gradient Magnetocontrollable Lubricant-Infused Microwall Array for Passive/Active Hybrid Bidirectional Droplet Transport

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160224